Aula - Unidade II - Metais - Parte I

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Profa. M.Sc. Maria Letícia C. L. Beinichis
Curso – Arquitetura e Urbanismo
N424 – Introdução à 
Construção Civil
UNIDADE II - As propriedades dos materiais de construção no contexto do 
projeto arquitetônico e da obra
02.01 - Metais: Tipos, obtenção, características e uso;
02.02 - Madeiras: Tipos, obtenção, características, uso e patologias;
02.03 - Tintas e vernizes: Tipos, obtenção, características, uso e patologias;
02.04 - Materiais cerâmicos: Tipos, obtenção, características e uso;
02.05 - Vidros: Tipos, obtenção, características e uso;
02.06 - Pedras: Tipos, obtenção, características e uso;
02.07 - Plásticos: Tipos, obtenção, características e uso;
02.08 - Produtos e fornecedores.
Conteúdo Programático
Encontramos materiais metálicos na construção civil desde a
armadura do concreto até cobertas, pisos, esquadrias,
revestimentos, como elemento estrutural e de decoração.
Os principais metais utilizados na arquitetura são o aço –
elemento estrutural e esquadrias, e o alumínio – esquadrias e
elementos de decoração.
Metais
Há indícios da utilização de metais a cerca de 4.000 e 5.000 anos
a.C. Provavelmente sua descoberta tenha sido casual, a partir de um
incêndio, por exemplo, onde se identificou sua existência e algumas
características próprias para o uso comum.
O cobre foi o primeiro metal a ser utilizado na fabricação de armas e
ferramentas, em substituição à madeira e à pedra.
Metais
Porém, é apenas no
século XIX que surge a
Metalurgia, arte e
ciência que estuda os
metais e suas ligas a
partir dos minerais, de
sua elaboração e de
seu tratamento.
Inicialmente os metais eram aplicados em detalhes ou como
elemento de proteção das edificações.
Metais
O primeiro material metálico, ou seja siderúrgico, empregado na
construção civil no mundo foi o ferro fundido, entre 1780 e 1820,
para construção de pontes em arco ou treliças.
Metais
Ponte Coalbrookdale,
Inglaterra (1779)
Vão 30m
Ponte Wearmouth, 
Inglaterra (1796) . reconstruída em 1929
Vão 70m
Em edificações, a utilização de estruturas metálicas fica mais intensa
a partir da execução da cúpula de ferro fundido do Mercado do
Trigo em Paris (1802), depois que a cúpula original em madeira foi
destruída em um incêndio.
Metais
Metais
A partir do século XIX o ferro fundido é substituído pelo ferro
laminado (ou ferro forjado). Passou a ser utilizado em conjunto
com o vidro, como material construtivo, amplamente empregado
em edifícios públicos, mercados, estações de trens, galerias, etc.
Estação de trem que se tornou o museu D’Orsay.
Paris
Metais
Galeria Lafayette
Paris
O uso do ferro laminado estava, principalmente, em pontes
ferroviárias em treliças. Mesmo assim, em virtude do elevado
número de acidentes, outras ligas metálicas precisavam ser
estudadas.
Os primeiros fornos para produção do aço em larga escala surgiram
na Inglaterra, entre 1860 e 1870. A partir daí o aço rapidamente
substituiu o ferro fundido e laminado na indústria da construção.
Viaduto de Garabit – Sul da França.
Construído por G. Eifflel (1884)
Ponte Firth of Forth, Escócia. (1890)
Recorde mundial de vão livre – 521m
Metais
No Brasil, a primeira obra em estrutura metálica, a ponte sobre o rio
Parnaíba do Sul, no Rio de Janeiro, foi inaugurada em 1857.
Metais
Ponte sobre rio Parnaíba do Sul
Rio de Janeiro, Brasil (1857)
A indústria siderúrgica brasileira foi implantada com a construção da
Usina Presidente Vargas da Companhia Siderúrgica Nacional (CSN),
após a 2ª Guerra Mundial.
O primeiro edifício alto em estrutura metálica foi o Edifício Avenida
Central, no Rio de Janeiro (1961). Um marco é a ponte Rio-Niteroi,
com vão central metálico de 300m, recorde mundial em viga reta.
Edifício Avenida Central.
Rio de Janeiro, 1961.
Metais
Metais
Em química, metal é uma elemento, substância ou liga que possui
características de:
• Tenacidade – suportam cargas elevadas e bruscas sem romper;
• Ducteis – se deformam antes do rompimento;
• Maleáveis – podem
adquirir formas
diversas;
• Resistência
mecânica – tração,
compressão, flexão
e torção.
Metais
Metalurgia é a ciência que estuda o processo de fabricação do
metal para utilização geral, quer seja na construção civil ou não. Ela
tem início na mineração – extração do minério puro das jazidas, e
conclusão na fabricação das peças metálicas. Entre o início e fim há
um conjunto de procedimentos e técnicas e fabricação, fundição e
tratamento desse metal.
Ligas metálicas são misturas de metais cujo objetivo é melhorar as
propriedades dos metais puros. Alguns exemplos de metais
adicionados que formam ligas metálicas:
• Silício – melhora resistência elétrica e aumenta a fragilidade;
• Níquel – melhora a ductibilidade;
• Cobre – melhora a resistência à corrosão;
Aço
Liga metálica constituída eminentemente de ferro e carbono, obtido
do refino de ferro-gusa em equipamentos próprios. Ferro-gusa, ou
apenas gusa, é o produto da primeira fusão do minério de ferro.
As matérias-primas básicas para produção do aço são minério de ferro
e carvão coque. A esses produtos é adicionado o calcário, com função
específica de retira impurezas. O uso do minério se deve ao fato do
ferro ser dificilmente encontrado puro na natureza.
Metais
• Menores dimensões e peso das peças;
• Liberdade no projeto e facilidade para cumprir vãos de grandes
dimensões;
• Precisão no dimensionamento dos componentes estruturais, bem
como na locação dos elementos;
• Facilidade de montagem e menor preço de transporte que o
Concreto Armado pré-moldado;
• Permite acréscimos e reforços sem muito dificuldade;
• Permite desmontagem para reuso ou venda como sucata;
• Limpeza da obra;
• Rapidez na execução da etapa estrutural.
Metais
Vantagens do uso do aço
Desvantagens do uso do aço
Metais
• Exige maior conservação que o C.A.
• Exige maior especialização da mão-de-obra de montagem, 
elevando os custos.
• Exige proteção contra incêndio, aumentando os custos.
• Estrutura de aço é mais onerosa que o C.A.
• ELASTICIDADE: capacidade do 
material voltar ao comprimento 
inicial, após sucessivos ciclos de 
carregamento/descarregamento.
• PLASTICIDADE: deformação 
permanente do material, 
provocada por tensão igual ou 
superior ao limite de 
escoamento.
• DUCTILIDADE: capacidade do 
material se deformar, sobre, 
tensão, sem se romper.
• FRAGILIDADE: é o rompimento 
do material sem que haja 
deformação.
• TENACIDADE: capacidade do
material absorver energia, com
deformação elástica e plástica,
quando submetido a carga de
impacto.
• RESILIÊNCIA: capacidade do
material absorver energia, com
deformação elástica, quando
submetido a carga de impacto.
• FADIGA: é a resistência a ruptura
do material quando submetido a
uma carga dinâmica.
Normalmente, o valo da
resistência a fadiga é inferior ao
da resistência a tração.
Metais
Propriedades Mecânicas
Metais
Antes de iniciar a produção do aço, o carvão mineral é queimado
na coqueria e transformado em blocos denominados coque ou
carvão coque. Por sua vez, para transformar o minério em ferro é
necessário queimá-lo, em alto forno, com quantidades pré-
definidas de minério, coque e calcário.
• Preparo das matérias-primas.
• Produção do ferro gusa (alto forno).
• Produção do aço ( aciaria).
• Conformação mecânica (laminação)
Laminação é o processo onde o aço é efetivamente
transformado em barras, chapas, fios ou perfis de aço.
Metais
Principais tipos de aço
Aço inoxidável – elevada resistência à corrosão, abrasão e
dureza, além do quesito estético. São ligas metálicas com alto
teor cromo e níquel.
Aço especiais – resistente à corrosão.
Aços estruturais – utilizados em estruturas metálicas e como
composiçãodo concreto armado
Metais
Classificação dos aços estruturais
Aços estruturais são todos os aços que, em função de sua
resistência e demais propriedades, são adequados para
utilização em elementos que suportam cargas.
São eles:
a. Aço-carbono
b. Aço de baixa liga (ou patináveis)
Metais
Classificação dos aços estruturais
a. Aço-carbono
Tipo de aço mais utilizado, pois, o aumento de teor de
carbono no ferro fundido eleva a resistência. Em
contrapartida, diminui sua capacidade de se deformar
(ductibilidade), o que prejudica no processo de solda.
Tipos de aço-carbono
Tipo de aço Resistência
mecânica
Limite de 
escoamento fy
(MPa)
Resistência à 
ruptura fu (MPa)
ABNT MR250 Média 250 400
AR350 Alta 350 450
AR-COR415 (resistente à corrosão) Alta 415 520
Metais
Classificação dos aços estruturais
a. Aço-carbono
Metais
Classificação dos aços estruturais
a. Aço-carbono
As estruturas em concreto armado e protendido utilizam o aço
carbono em sua composição.
Aços laminados a quente com resfriamento natural – CA25 e
CA32
Aços de ligas especiais laminados a quentes e temperados – CA
50A e 60A. Os aços 50B e 60B são mais baratos e laminados a
quente, porém encruados a frio.
Aços para protensão – CP 80 à CP160, conforme definição de
resistência em projeto.
Metais
Classificação dos aços estruturais
b. Aço de baixa liga (patinável, ou comercialmente aço Corten)
Tipo de aço com baixo teor de carbono e com adição de elementos
de liga que melhoram algumas propriedades, dentre elas, a
resistência à corrosão e resistência mecânica. Sua coloração
marrom escura é função da exposição do material à atmosfera
(frequência com que se molha e seca)
Metais
Classificação dos aços estruturais
b. Aço de baixa liga (patinável)
Utilização
Na engenharia civil sua principal utilização é em torres de transmissão.
Na arquitetura, em estruturas de edifícios comerciais e residenciais.
Pode ser disposto com ou sem revestimento. Quando não há
revestimento, é formada sob sua superfície uma pátina (camada de
óxido protetor), que confere proteção anticorrosiva.
É possível utilizar aço patinável sem revestimento:
• Atmosfera industrial não muito agressiva;
• Área rural;
• Área marítima, distante mais de 600 m da orla.
Deve haver revestimento, pintura para a estrutura em aço patinável :
• Atmosfera industrial altamente agressiva;
• Área marinha severa ou moderada (distância até 600m da orla).
Metais